DE9312016U1 - Vorrichtung zum Mischen, Schütteln, Rühren und/oder Emulgieren von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen, Schütteln, Rühren und/oder Emulgieren von Flüssigkeiten, mit einer motorisch betreibbaren Schüttelplatte zur Erzeugung exzentrischer Schwingungen.

Eine solche Vorrichtung wird in der DE-A-21 35 391 beschrieben und besteht aus einer konzentrisch angetriebenen Scheibe mit von der Drehachse unterschiedlich entfernten Löchern, die zur Aufnahme einer Gefäßhalterung dienen.

Entsprechend der Position des gewählten Loches wird das in der Gefäßaufnahme stehende Gefäß mehr oder weniger weit ausschwingen. Nachteiligerweise ist bei dieser Vorrichtung die Kreisbahn nach Auswahl des Loches als Aufnahme für das Gefäß bzw. ein Gefäßzapfen festgelegt.

Die Vorrichtung nach der US-A-38 22 865 besitzt eine vertikal gestellte Scheibe, die exzentrisch gelagert und über einen Motor antreibbar ist. Diese Scheibe wirkt auf eine Platte, die je nach Rotationsstellung der Scheibe mehr oder weniger gekippt wird und hierdurch oszillatorische Auf- und Abbewegungen erfährt. Um die Amplitude, mit der der Tisch auf- und abgeschwenkt werden kann, zu verstellen, ist ferner ein Verschwenken der Scheibe aus der Vertikalposition vorgesehen.

Bei der Mischvorrichtung nach der DE 27 20 685 Al wird das Behandlungsgefäß einer zusammengesetzten Vibrationsbewegung hoher Frequenz und geringer Amplitude ausgesetzt, die eine drehende oder im wesentlichen kreisförmige Schwingbewegung um eine im wesentlichen vertikale Achse mit einer Aufwärts- und Abwärtskomponente in der Bewegung enthält. Hierzu ist die Behandlungskammer federnd gelagert und kann durch eine Antriebseinrichtung eine drehende sowie eine hiermit überlagerte Auf- und Abwärtsbewegung erfahren, wobei exzentrisch gelagerte Gewichte gegen die Kraft von Schraubenfedern die vertikale Schwingbewegung erzeugen.

Die Vorrichtung nach der DE 30 23 886 Al besitzt Werkzeuge, die bei ihrer Hinbewegung mit einer anderen Be-

schleunigung bzw. mit anderen Beschleunigungshöchstwerten als bei ihrer Rückbewegung bewegt werden. Der Vibrationsantrieb besteht aus einer Hydraulik-Zylinder-Kolben-Einheit, die abwechselnd mit der Druck- und der Rücklaufleitung verbunden wird.

Die DD-PS 205 824 betrifft eine Vorrichtung zur Vibrationskultivierung, bei der ein Motor an einem zylindrischen Kulturgefäß eines Fermentors angebracht ist. Der Motor ist mit einem Exzenter versehen, an dem ein Vibrationsstab mit umgebender Membran und kreisförmiger Rührplatte befestigt ist. Mit dieser Anordnung wird eine vertikale Oszillationsbewegung des Vibrationsstabes erzeugt.

Die US-A-47 50 845 beschreibt einen Rütteltisch, der an einem exzentrisch gelagerten Zapfen befestigt ist. Dieser Zapfen ist in bezug auf ein Drehzentrum radial verstellbar angeordnet. Darüber hinaus sind im äußeren radialen Bereich des Schütteltisches weitere Stützzapfen vorgesehen, die in Verbindung mit dort angebrachten Magneten eine Zusatzbewegung auslösen können, die den Schütteltisch in der Exzenterbewegung hemmen oder beschleunigen können.

Die FR-A-20 44 168 beschreibt schließlich einen Exzenterantrieb mit einer vertikal angeordneten Kreisplatte, auf der in unterschiedlichem Radialabstand vom Drehzentrum ein Hebelarm über einen Zapfen befestigt werden kann, dessen durch den Exzenterantrieb vermittelte Bewegung in eine Hubbewegung umgesetzt werden kann.

Die vorbeschriebenen Anordnungen haben jeweils den Nachteil, daß sie entweder in der Möglichkeit der Amplitudenverstellung der Rüttel-Schwing-Bewegung auf diskrete Werte festgelegt sind und/oder daß die Führung des Gefäßes auf eine vorbestimmte Drehwegführung eingeschränkt ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß beliebig viele Mischbewegungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude einstellbar sind, wobei die Handhabung der Vorrichtung vereinfacht werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Diese Lösung ist gegenüber dem Stand der Technik durch eine Vielzahl von Vorteilen gekennzeichnet. Es ist zur Änderung der Schüttelbewegung hinsichtlich ihrer Frequenz und Amplitude keine Mechanik mehr notwendig, vielmehr eröffnet sich über eine geeignete Software die Möglichkeit, entsprechende Programme wählbar zu gestalten, wobei auch eine große Variationsbreite gegeben ist, so z.B. von der reinen Kreisbewegung bis zur Linearbewegung. Dabei kann ein Anwender die Amplitude vorwählen und während des Schütte1Vorgangs individuell oder programmgesteuert die Amplitude verändern. Auch kann erstmals mit einer Vorrichtung eine Linearbewegung und eine Schüttelbewegung durchgeführt werden.

Grundsätzlich ist die gewünschte Bewegung der Schüttelplatte für viele Bewegungsabläufe auch mit nur ei-

ner erfindungsgemäßen Antriebseinheit zu erreichen, wenn beispielsweise eine Drehbewegung der Schüttelplatte durch eine Aufhängung über Federn verhindert wird. Nachstehend wird jedoch im wesentlichen die Vorrichtung mit zwei Antriebseinheiten näher erläutert.

Bei der Antriebseinheit wird erfindungsgemäß erreicht, daß durch Verwendung zweier Motoren beliebige Drehzahlverhältnisse für die tragende Scheibe bzw. für das auf einem exzentrisch Zapfen gelagerte Ritzel einerseits und für den Körper mit dem kreisrunden Innenmantel andererseits eingestellt werden können, woraus unterschiedliche geometrische Laufwege resultieren, die der Zapfen durchläuft. Dessen Laufweg ist abhängig von der Frequenz jeder der Motoren, seiner Lage gegenüber dem Drehzentrum bzw. dem Radius des genannten Innenmantels und dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Innenmantel und dem Rad oder Ritzel.

Sonderformen der Bewegung werden erreicht, indem nur einer der beiden Motoren betrieben wird oder beide Motoren synchron laufen. Im letztgenannten Fall des Synchronlaufes beider Motoren ergibt sich für die Schüttelplatte eine Rotationsbewegung mit der vorgewählten Amplitude (0-40 mm) . Die Vorwahl der Amplitude wird dabei folgendermaßen durchgeführt. Einer der Motoren läuft eine vorgewählte Steepzahl und bleibt stehen. Dadurch wird der Exzenter von der zentrischen Achse um eine exzentrische Achse bewegt. Danach laufen beide Motoren synchron auf ihre vorgesehene Frequenz. Die eingestellte Frequenz bleibt erhalten.

Die Schüttelplatte ist über einen Mitnehmerzapfen, der exzentrisch in eine entsprechend ausgeformte Bohrung in eine Scheibe gesteckt oder hierin befestigt ist, drehbar verbunden. Die Scheibe ist exzentrisch mit der Zahnriemenscheibe drehbar verbunden, die über einen Zahnriemen mittels des ersten Motors angetrieben werden. Die drehbare Scheibe ist fest mit einem Ritzel verbunden, das in ein Innenzahnrad eingreift.

Steht der Motor für die tragende Scheibe, so ergibt sich bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:2, d.h. einem Verhältnis des Ritzelradius zu dem Innenzahnradradius von 1:2 eine lineare Hin- und Herbewegung der Schüttelplatte. Bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:3 ergibt sich eine Dreieckbewegung, bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:4 eine Viereckbewegung etc.. Wird hingegen der zweite Motor für den kreisrunden Innenmantel abgestellt, verursacht die Rotation des ersten Motors ein Abrollen des Ritzels auf dem stillstehenden Innenzahnrad. Aus den genannten Grundbewegungen können alle möglichen Mischbewegungen eingestellt werden, wenn beide Motoren synchron und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen und/ oder Drehrichtungen laufen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 1? beschrieben.

So sind insbesondere zur Erreichung eines Synchronlaufes beide Motoren identisch, und vorzugsweise als Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren ausgebildet.

Des besseren Eingriffs wegen wird die von dem ersten Motor angetriebene tragende Scheibe als Zahnriemenscheibe ausgestaltet und über einen Zahnriemen ange-

trieben. Gegenüber einem Treibriemen mit glatter Oberfläche kann somit ein Durchrutschen vermieden werden. In entsprechender Weise wird der den Innenmantel aufweisende Körper als Innenzahnrad ausgestaltet, der aussenseitig vorzugsweis über eine Transmission vom zweiten Motor, also insbesondere ebenfalls einen Zahnriemen antreibbar ist, wozu der Körper außenseitig mit einem Zahnprofil versehen ist.

Vorzugsweise sind die Drehzahlen der Motoren und/oder deren Drehrichtungen stufenlos veränderbar, um die gewünschte Schüttelbewegung optimal einstellen zu können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Schüttelplatte einen zentrisch angeordneten Bolzen, der als Mitnehmerbolzen exzentrisch mit der Scheibe verbunden ist. Diese Art der Befestigung kann bei Bedarf leicht gelöst bzw. die Schüttelplatte kann leicht gegen eine andere ausgetauscht werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Mitnehmerbolzen in unterschiedlichen Radialabständen mit der Scheibe verbindbar, vorzugsweise über Steckverbindungen, wodurch ein unterschiedliches Maß der exzentrischen Befestigung gegenüber der angetriebenen Scheibe erzielbar ist.

Um eine kompakte Bauweise zu erhalten, sind die Drehachsen der rotierbaren Teile zueinander parallel.

Wird das Ritzel oder das Rad und/oder der den Innenmantel aufweisende Körper austauschbar angeordnet, können leicht andere Übersetzungsverhältnisse und Am-

plituden der Dreh-Schwingbewegungen eingestellt werden. Bevorzugt werden ganzzahlige Übersetzungsverhältnisse.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich dann, wenn beide Motoren mit einem Steuergerät verbunden sind, worüber die jeweils zeitabhängige Lage der Scheibe in bezug auf den Innenmantel bzw. das Innenzahnrad über einen Indexer ermittelbar und die Motoren entsprechend ansteuerbar sind. Durch eine solche Maßnahme läßt sich die Einstellung der Schüttelbewegung vollständig automatisieren. Zu diesem Zweck kann weiterhin das Steuergerät mit einem Rechner, vorzugsweise PC und/oder einer Anzeigevorrichtung verbunden sein, womit über eine entsprechende Software eine exakte vollautomatische Steuerung erzielbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht in vergrößerter Darstellung einer der beiden Antriebseinheiten der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf diese Vorrichtung bei abgenommener Schüttelplatte,

Fig. 4 bis 6 jeweils mögliche Bewegungen des

Mitnehmerzapfens der Schüttelplatte in Abhängigkeit von unterschiedlichen Frequenz- und Übersetzungsverhältnissen, und

Fig. 7 ein schematisches Schaltbild für

eine automatisch gesteuerte Schüttel-Mischvorrichtung.

In Fig.l ist in einer Teildarstellung eine Vorrichtung 100 mit den beiden Antriebseinheiten 110 dargestellt, die beide auf einer Grundplatte 110 fest gelagert und mit der Schüttelplatte 10 in erfindungsgemaßer Weise verbunden sind. Dabei sind in Fig.l die auf beide Antriebseinheiten 110 wirkenden Motoren 14,19 (Fig.2) nicht dargestellt worden. Über Träger 112 wird die Grundplatte 111 in einem Abstand zu einer Standplatte 113 gehalten, so daß ein einfacher Zugang zu den Antriebseinheiten 110 gewährleistet ist.

Jede der in Figur 1 dargestellten Antriebseinheiten 110 ist in der in Fig. 2 dargestellten Weise mit der Schüttelplatte 10 verbunden, die zur Aufnahme oder Befestigung des die zu mischende Flüssigkeit enthält. Diese Schüttelplatte 10 besitzt jeweils einen Mitnehmerzapfen 11, der in eine entsprechend ausgeformte, exzentrische Bohrung einer Zapfenscheibe 15 gesteckt oder hierin befestigt ist. Der Zapfen 11 ist drehbar an der Schüttelplatte 10 gelagert. Die Scheibe 12 ist als Zahnriemenscheibe ausgebildet und kann über einen Zahnriemen 13 mittels des ersten Motors 14 angetrieben werden. Diese Scheibe 12 trägt die

gegenüber der Scheibe 12 drehbar gelagerte exzentrische Zapfenscheibe 15 mit einem an einem Zapfen 15a der Zapfenscheibe 15 drehfest gehalterten Ritzel 16 auf, das in einen als Innenzahnrad 17 gestalteten Körper mit einem im Querschnitt kreisrunden Innenmantel 117 eingreift. Dieses Innenzahnrad 17 ist über eine Zahnriemenscheibe 18 als Transmission 118 drehbar, die von einem zweiten Motor 19 betätigt wird. Das Ritzel 16 kann auf dem Innenzahnrad 17 abrollen, wie dies anhand der Figuren 3 bis 6 deutlich wird. Bei dem in Figur 4 gewählten Übersetzungsverhältnis von 1:2, d.h. einem Ritzeldurchmesser, der nur halb so groß ist wie der Innenzahnraddurchmesser, lassen sich folgende Grenz-Bewegungslaufe einstellen:

Sofern der Motor 14 und der Motor 19 synchron laufen, bewegt sich die Schüttelplatte 10 nicht, da das Ritzel und das Innenzahnrad 17 synchron um die Mittelachse drehen. Verändert der Motor 14 gegenüber dem Motor 19 seine Frequenz, so verdreht sich das Ritzel 16 zum Innenzahnrad 17, wobei der Mitnehmerbolzen 11 und die Schüttelplatte 10 um eine exzentrische Achse gedreht werden. Die Kreise 20a,20b,20c,2Od in Fig.4 sind Beispiele für Rotationsbewegungen. Der Kreis 20 in den Figuren 4 bis 6 verdeutlicht somit die maximale Rotationsbewegung der Schüttelplatte bei der genannten synchronen Motorbewegung. Steht der Motor 19 bei gleichzeitiger Betätigung des Motors 14, wird der Mitnehmerbolzen 11 linear hin- und hergeführt, etwa verdeutlicht durch Doppelpfeil 21 in Fig.4.

Je nach momentaner Stellung des Ritzel 16 zu dem Innenzahnrad 17 ist auch die durch das Zentrum gehende Linearbewegung in ihrer Richtung bestimmt.

Sofern der das Innenzahnrad 17 antreibende Motor 19 steht und gleichzeitig der Motor 14 betätigt wird, rollt das Ritzel 16 auf dem Innenzahnrad 17 ab, bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 mit halber Amplitude.

Die Skizze nach Figur 5 verdeutlicht ein Übersetzungsverhältnis von 1:3, d.h., der Ritzeldurchmesser ist ein Drittel so groß wie der Innenzahnraddurchmesser.

Bei Synchronlauf der Motoren 14 und 19 gilt Entsprechendes, wie zu Figur 4 ausgeführt, d.h. es entsteht eine vorgewählte Rotationsbewegung. Bei stillstehendem Motor 19 und gleichzeitig laufendem Motor 14 ergibt sich im wesentlichen eine Dreieckbewegung, wie dies durch die sternförmigen Figuren 23 ersichtlich ist. Eine Rotationsbewegung 24 ergibt sich für den Fall, daß der Motor 19 bei Stillstand des Motors 14 dreht.

Bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:4, entsprechend Figur 6, ergibt sich abermals eine Rotationsbewegung 20 bei synchron laufenden Motoren 14 und 19, eine im wesentlichen viereckige oder kleeblattförmige Bewegung 25 bei Stillstand des Motors 19 und angetriebenem Motor 14 sowie eine Rotationsbewegung 26 bei stehendem Motor 14 und laufendem Motor 19.

Aus den jeweils geschilderten Grundbewegungen resultieren alle ferner möglichen Mischbewegungen, wenn die Frequenzen des Motors und/oder die Drehrichtungen nach vorgegebenem Takt verändert werden.

Insbesondere sind nach dem Superpositionsprinzip jeweilige beliebige Überlagerungen der als Grundformen dargestellten Bewegungen möglich.

Eine Steuerungsmöglichkeit zeigt Figur 7, wonach die Schrittmotoren 14 und 19 über eine Gleichspannungsversorgung 27,28 gespeist werden. Zur Feststellung der momentanen Schrittmotorstellung dient ein Indexer 29 bzw. 30, der mit einem gemeinsamen Steuergerät 31 jeweils verbunden ist. Entweder über einen PC 32 oder über Einzelansteuerungen 33 und 34 können die Drehzahlen und Drehrichtungen der Schrittmotoren 14 und 19 abgestimmt werden. Dies geschieht beispielsweise über eine Tastatur 35. Die Anzeige 36 zeigt in einem Zeitamplitudendiagramm die Art der eingestellten Schüttelbewegung .

Claims (15)

Ansprüche:

1. Vorrichtung (100) zum Mischen, Schütteln, Rühren und/ oder Emulgieren von Flüssigkeiten, mit einer motorisch betreibbaren Schüttelplatte (10) zur Erzeugung exzentrischer Schwingungen,

dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens eine Antriebseinheit (110) vorgesehen ist, bei der eine konzentrisch zur Schüttelplatte (10) angeordnete Scheibe (12) von einem ersten Motor (14) zur Eigenrotation antreibbar ist,
daß die Schüttelplatte (10) gegenüber der Drehachse (D) einer Zapfenscheibe (15) exzentrisch mit der Zapfenscheibe (15) über einen Mitnehmerzapfen (11) verbunden ist,

daß die Zapfenscheibe (15) einen mit ihrer Drehachse (D) konzentrisch angeordneten und mit der Zapfenscheibe (15) drehfest verbundenen Zapfen (15a) aufweist, der ein an dem Zapfen (15a) drehfest gehaltertes Ritzel (16) trägt, welches innerhalb eines im Querschnitt kreisrunden Innenmantels (117) abrollbar und antreibbar ist, wobei der diesen Innenmantel (117) aufweisende Körper über einen zweiten Motor (19) zur Eigenrotation antreibbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Motor (14) und der zweite Motor (19) identisch und vorzugsweise Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekenn &zgr; e i chnet,

daß ein Zahnriemen (13) die als Zahnriemenscheibe
ausgestaltete Scheibe (12) antreibt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der den Innenmantel (117) aufweisende Körper ein Innenzahnrad (17) ist, das vorzugsweise über eine Transmission (118) vom zweiten Motor (19) antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Drehzahlen der Motoren (14,19) oder deren Drehrichtungen stufenlos veränderbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schüttelplatte (10) einen zentrisch angeordneten Bolzen (11) aufweist, der als Mitnehmerbolzen exzentrisch mit der Scheibe (12) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekenn &zgr; e i chnet,

daß der Mitnehmerbolzen (11) in unterschiedlichen Radialabständen mit der Scheibe (12) verbindbar ist, vorzugsweise über Steckverbindungen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Drehachsen der rotierbaren Teile (10,11,12, 13,15,16,17,18) zueinander parallel sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ritzel (16) oder Rad und/oder der den Innenmantel (17) aufweisende Körper zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses austauschbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

gekennzeichnet durch ein ganzzahliges Übersetzungsverhältnis.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Transmission (118) ein Zahnriemen (18) ist, der die als Zahnriemenscheibe ausgestaltete Zapfenscheibe (15) antreibt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schüttelplatte (10) gegenüber dem Mitnehmerzapfen (11) drehbar mit diesem verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß beide Motoren (14,19) mit einem Steuergerät (31) verbunden sind, worüber die jeweils zeitabhängige Lage der Scheibe (12) in bezug auf den Innenmantel bzw. das Innenzahnrad (17) über einen Indexer (29,30) ermittelbar und die Motoren (14,19) entsprechend ansteuerbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuergerät (31) mit einem Rechner, vorzugsweise PC (32) und/oder einer Anzeigevorrichtung (36), verbunden ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei Antriebseinheiten (110) vorgesehen sind.